KR20200026982A - 압력 조절 장치를 갖는 압출기 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 혼합물(5)을 탈기시키기 위한 압출기 시스템으로서, 제1 압출기(1); 상기 제1 압출기(1)의 하류에 배열된 제2 압출기(2); 및 상기 제1 압출기와 상기 제2 압출기 사이에 형성된 이송 구획(6)을 포함하고, 상기 제1 압출기(1)의 출구에서 압력을 조절할 수 있는 압력 조절 장치를 특징으로 하는, 상기 압출기 시스템에 관한 것이다.

Description

압력 조절 장치를 갖는 압출기 시스템

본 발명은 압출기 시스템에 관한 것이다.

압출기는 기본적으로 가공 원리가 다른 두 가지 유형으로 구분될 수 있다. 가공 압출기는 주로 성형에 사용되는 것(일반적으로 단일 샤프트 압출기)인 반면, 가공 압출기는 (트윈-스크류 압출기, 버스 혼련기 등과 협력하여 단단히 맞물려) 물질을 화학적으로 및/또는 물리적으로 변형시키는데(반응, 혼합, 탈기 등에) 사용된다.

가공 압출기의 한 형태는, 특히 중합체 및 특히 엘라스토머를 탈기시키는데 사용되는 소위 탈기 압출기이다.

탈기 공정은 일반적으로 여러 단계로 나뉘어진다. 휘발성 성분, 예를 들어, 용매, 잔류 단량체 또는 물은 약 5% 내지 40%의 잔류 휘발성 함량이 제거된다. 생성물과 잔류 휘발성 물질의 이 혼합물은 기계적 에너지의 입력에 의해 제1 압출기에서 가열된다. 약간 휘발성 비말 동반제가 또한 추가될 수 있다. 비말 동반제로서, 예를 들어, 질소, 이산화탄소 또는 물 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다. 생성물, 잔류 휘발성 물질 및 선택적으로 비말 동반제의 혼합물을 제2 압출기로 운반하고, 제2 압출기에서 혼합물을 추가로 탈기시킨다. 소위 이송 구획은 제1 압출기로부터 제2 압출기로 전이를 형성한다. 이는 특히 제2 압출기가 혼합물로 들어갈 때 혼합물을 이완시켜 탈기에 긍정적인 영향을 미치도록 설계된다.

이러한 종래 기술에 기초하여, 본 발명의 목적은 일반적인 압출기 시스템에서 탈기를 더욱 개선시키는 것이다.

본 목적은 독립 특허 청구항에 따른 압출기 시스템에 의해 달성된다. 본 발명에 따른 압출기 시스템의 유리한 실시형태는 종속 청구항의 주제이며, 본 발명의 다음 설명으로부터 발생된다.

(적어도) 제1 압출기; 상기 제1 압출기의 하류에 배열된 (적어도) 제2 압출기; 및 상기 압출기들 사이에 형성된 (적어도) 이송 구획을 포함하는, 혼합물을 탈기시키기 위한 일반적인 압출기 시스템은 본 발명에 따라 상기 이송 구획에 들어갈 때 상기 제1 압출기의 배출 시 압력을 조절할 수 있는 (적어도) 하나의 압력 제어 장치를 특징으로 한다.

상기 압력 제어 장치는 에너지 입력 및 이에 따라 혼합물의 온도를 설정하는데 사용될 수 있으며, 더 높은 압력은 혼합물의 더 높은 온도를 초래할 수 있고, 더 높은 온도는 탈기 개선을 초래할 수 있다.

바람직하게는 상기 압력은 혼합물에 함유된 휘발성 성분이 비등하지 않을 정도로만 높게 설정되는 것으로 제공된다. 이는 존재할 수 있는 물에도 동일하게 적용될 수 있으며, 그 비등 온도는 증가된 압력에 의해 일반적인 온도보다 상승될 수 있다. 이것은 물이 비등하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 고압은 제한된 가용성 비말 동반제, 예를 들어, 질소 또는 이산화탄소를 분산시킬 수 있다.

본 발명에 따른 압출기 시스템의 바람직한 실시형태에서, 상기 압력 제어 장치는 상기 제1 압출기의 배출 시 압력이 상기 이송 구획에 인접한 상기 제2 압출기의 탈기 구획에서보다 더 큰 방식으로 제어될 수 있는 것으로 제공될 수도 있다. 그 결과, 혼합물은 특히 상기 제2 압출기에 들어갈 때 이완된다. 이러한 팽창의 결과, 특히 이송 구획에서 압력이 증가하는 것에 의해 야기된 온도 증가와 관련하여, 혼합물의 비등 압력이 아래로 떨어질 수 있으며, 이는 혼합물에 효과적으로 탈기를 야기할 수 있다. 또한, 혼합물이 팽창하면 잔류 휘발성 성분 및 존재하는 임의의 비말 동반제가 팽창하여 발포(foam)가 발생될 수 있으며, 이는 넓은 표면적에 의해 탈기를 촉진시킨다.

휘발성 성분이 팽창하는 것은 바람직하게는 최대 가능한 음압이 이송 구획에서 (이송) 압력과 관련하여 (적어도 탈기 구획의 영역에서) 제2 압출기 내에 발생한다는 사실에 의해 뒷받침될 수 있다. 탈기 구획의 압력은 바람직하게는 또한 대기압 미만일 수 있다. 특히 바람직하게는 이송 구획에서 진공(특히 50 mbar 내지 900 mbar(절대 압력))이 발생될 수 있다.

특히 중합체로부터 종래의 탈기 공정은 종종 혼합물의 이용 가능한 표면에 의해 제한되기 때문에, 본 발명에 따른 압출기 시스템의 추가의 바람직한 실시형태에서, 이송 구획을 통과한 혼합물의 자유 표면을 확대하기 위한 수단이 제공될 수 있다. 이들은 특히 바람직하게는 이송 구획의 배출에서 제공될 수 있다.

표면을 확대하기 위한 수단은 바람직하게는 다수의 통로 개구를 갖는 천공된 판을 가질 수 있으며, 이를 통해 이송 구획을 통과한 혼합물은 여러 부분 스트림으로 분할된다.

표면을 확대하는 다른 가능성은 혼합물이 제2 압출기의 탈기 구획으로 들어갈 때 또는 이송 구획에서 하나 이상의 슬롯 노즐을 통과하는 것을 제공할 수 있다. 이러한 슬롯형 노즐은 큰 표면 대 부피 비율을 특징으로 하며, 이는 바람직하게는 노즐 개구가 폭의 배수인 길이로 슬릿 형성되는 것에 의해 달성된다.

물론, 두 조치는 또한 결합될 수 있다. 즉, 복수의 슬롯 형성된 관통 개구(슬롯 노즐)를 갖는 천공된 판에 의해, 혼합물을 여러 스트림으로 분할하고 혼합물의 개별 스트림에 최대 가능한 표면적이 달성될 수 있다.

생성물이 침착되는 것을 방지하고 휘발성 성분의 제거를 개선하기 위해, (바람직하게는 수직으로) 제2 압출기가 (중력 방향에 기초하여) 제1 압출기 위에 배열되는 것이 추가로 제공될 수 있다. 이는 이송 구획으로부터 탈기된 혼합물을 신속하게 또는 직접 제거할 수 있음과 동시에, 탈기된 혼합물 위의 탈기 구획 내 대부분의 자유 가스 공간으로부터 탈기된 혼합물을 신속하게 또는 직접 제거하여, 휘발성 성분을 쉽게 제거할 수 있다. 이송 구획에 인접한 제2 압출기의 탈기 구획이 중력 방향과 관련하여 위쪽으로 (바람직하게는 수직으로) 이어지는 탈기 출구를 (적어도) 갖는 경우, 휘발성 성분을 제거하는 것이 더 개선될 수 있다. 혼합물 및 탈기된 성분은 역류, 횡류 및/또는 병류로 수행될 수 있다. 본 발명에 따른 압출기 시스템의 이러한 구성은 휘발성 성분이 탈기된 혼합물로부터 효과적으로 분리될 수 있게 하고; 혼합물 및 휘발성 성분을 특별히 안내하는 것에 의해 탈기된 혼합물의 입자를 비말 동반하는 것이 크게 회피될 수 있다.

본 발명에 따른 압출기 시스템의 다른 실시형태에서, 휘발성 성분으로부터 탈기된 혼합물을 효과적으로 분리하는 것은 (적어도) 제2 압출기의 이송 구획으로 이어지고 중력 방향과 관련하여 측면으로 (바람직하게는 수평으로) 이어지는 탈기 개구에서 그리고 중력 방향과 관련하여 (바람직하게는 수직으로) 제1 압출기 아래에 제2 압출기를 배열함으로써 달성될 수 있다.

본 발명에 따른 압출기 시스템의 추가의 바람직한 실시형태에서, 혼합물을 배출하기 위한 (적어도) 하나의 폐쇄 가능한 출구가 이송 구획의 구역에 제공될 수 있다. 이것은 특히 공정 제어의 일부로서 샘플로서 혼합물의 일부를 취하는 데 사용될 수 있다. 혼합물의 일부는 또한 제2 압출기로 이송되기 전에 폐쇄 가능한 출구를 통해 제거될 수 있다. 이는 제1 압출기를 시동 걸거나 비울 때 특히 유리할 수 있다.

바람직하게는 출구가 압력 조절 장치에 의해 폐쇄될 수 있고, 압력 조절 장치는 바람직하게는 이러한 목적을 위해 (적어도) 슬라이드 밸브를 포함하고, 슬라이드 밸브는, 밸브 몸체의 상대적인 움직임(병진 또는 회전)에 의해, 혼합물의 일부를 제거할 수 있는 이송 구획 또는 출구의 개방을 (적어도) 더 많이 또는 더 적게 폐쇄하는 것으로 제공될 수 있다. 특히, 슬라이드 밸브는 (회전) 피스톤 밸브일 수 있다.

본 발명에 따른 압출기 시스템의 추가의 바람직한 실시형태에서, 제1 압출기의 압출기 스크류는 제2 압출기의 압출기 스크류보다 더 높은 각속도로 구동되거나 구동될 수 있는 것으로 제공될 수 있다. 제1 압출기의 상대적으로 높은 회전 속도로 인해, 온도를 증가시켜 탈기시키기 위하여 혼합물에 대응하여 높은 에너지 입력이 달성될 수 있다.

특히, 압출기 시스템의 이러한 실시형태에서, 제1 압출기의 평균 부피 단면적이 제2 압출기의 평균 부피 단면적보다 더 작은 것으로 제공될 수도 있다. 제2 압출기의 비교적 큰 부피 단면적으로 인해, 한편으로는 기계적 에너지 입력이 낮게 유지될 수 있고, 다른 한편으로는 비교적 큰 가스 공간이 제공될 수 있다.

본 발명에 따른 압출기 시스템은 특히 중합체 및 특히 엘라스토머를 탈기시키는데 적합하다.

본 발명은 도면에 도시된 예시적인 실시형태에 기초하여 아래에서 더 상세히 설명된다.

도 1은 제1 기능 위치에서 본 발명에 따른 압출기 시스템의 일 실시형태의 개략 측면도; 및
도 2는 제2 기능 위치에서 도 1에 따른 압출기 시스템의 일부를 도시하는 도면.

도 1 및 도 2에 도시된 압출기 시스템은 중합체를 탈기시키는데 사용되며, 제1 압출기(1) 및 이 제1 압출기(1)의 하류에 제2 압출기(2)를 포함한다. 압출기(1, 2)는 구동기(도시되지 않음)에 의해 회전 가능하게 구동되고 압출기 하우징에 장착된 하나의 또는 복수의 압출기 스크류(3, 4)를 각각 포함한다.

압출기 스크류(3, 4)와 압출기 하우징 사이에 형성된 환형 생성물 공간에서, (생성물) 혼합물(5)은 나선형 기어를 갖게 형성된 압출기 스크류(3, 4)가 회전하는 것에 의해 이송된다. 탈기가 일어난다.

제1 압출기(1)에서, 특히 용매, 잔류 단량체 또는 물과 같은 휘발성 성분은 약 5% 내지 40%의 잔류 휘발성 함량이 제거된다. 생성물(중합체) 및 휘발성 성분의 혼합물(5)은 기계적 에너지의 입력에 의해 가열되고, - 두 압출기(3, 4) 사이의 이송 구획(6)에서 설명될 압력 제어 장치와 관련하여 - 압축된다.

압출기 스크류(3)의 후방 단부에 인접한 분산 구획(7)에서 약간 휘발성 비말 동반제가 혼합물에 첨가된다. 이것은 예를 들어 질소 또는 이산화탄소일 수 있다.

혼합물(5)은 제1 압출기(1)의 압출기 스크류(3)를 통해 이동하며 이송 구획(6)으로 유동한다. 압출기(1)에 의해 야기된 압력 증가는 압출기(1)의 배출 시 압력이 혼합물(5)에 함유된 휘발성 성분이 비등하지 않을 만큼 적어도 높도록 설정된다. 이송 구획(6)은 혼합물(5)을 제1 압출기(1)로부터 제2 압출기(2)로 제어된 방식으로 이송하는 라인 시스템이다. 이송 구획(6)은 길이 방향 축 방향으로 제1 압출기(1)의 후방 단부에 인접한 제1 파이프라인 부분, 및 (길이 방향 축에 대해) 반경 방향으로 제1 파이프라인 부분에 인접한 제2 파이프라인 부분을 포함한다. 제1 파이프라인 부분으로부터 제2 파이프라인 부분으로 전이 개구는 슬라이드 밸브 형태의 압력 제어 장치에 의해 더 많거나 더 적게 폐쇄될 수 있다. 이를 위해, 밸브 몸체(8)는 제1 파이프 부분 내에서 도시되지 않은 구동 장치로부터 피스톤(9)에 의해 변위된다.

제1 압출기(1)로부터 제2 압출기(2)로 혼합물이 오버플로우하면 압력 강하가 수반되고 이는 한편으로는 제1 압출기(1)에 비해 제1 파이프라인 부분의 부피 단면적을 감소시키고, 밸브 몸체(8)에 의해 부분적으로 은폐된 것으로 설정되었을 수 있는 전이 개구의 자유 단면적이 좁아진다. 다른 한편으로는, 제2 파이프 부분의 단면의 깔때기 형상 확장부가 제공된다.

깔때기 형상 확장부의 후방 단부에는, 혼합물(5)이 가압되는 다수의 개구를 갖는 천공된 판(10)이 제공된다. 혼합물(5)의 흐름은 복수의 서브 스트림으로 분할된다. 부분적인 유동은 천공된 판(10) 앞에 나타나는 총 유동에 비해 상당히 큰 표면적 대 부피 비에 의해 구별된다. 이러한 큰 표면 대 부피 비는 혼합물(5)로부터 휘발성 성분을 배출하고 이에 따라 탈기하는데 긍정적인 영향을 미친다.

혼합물(5)의 부분 유동은 제2 압출기(2)의 탈기 구획으로 들어간다. 혼합물(5)은 휘발성 성분이 팽창하는 것으로 인해 발포되어, 표면의 확장 및 그리하여 탈기의 개선으로 이어진다. 휘발성 성분이 갑자기 팽창하는 것은 제2 압출기(2)의 탈기 구획의 압력과 이송 구획(6)의 제2 파이프라인 부분의 압력 사이의 차이가 비교적 큰 것에 의해 야기된다. 이를 위해 대기압은 제2 압출기(2) 내에 주로 배기된다.

제1 압출기는 중력 방향에 기초하여 제2 압출기 아래에 있다. 따라서, 혼합물(5)은 아래쪽으로부터 제2 압출기(2)로 도입되고, 제2 압출기(2)의 압출기 스크류(4)에 대해 반경 방향으로 도입된다. 이는 혼합물(5)이 제2 압출기(2)의 탈기 구획의 거의 하부 부분에만 배열되고, 거기서부터 압출기 스크류(4)에 의해 직접 배출되는 것을 의미한다. 그 결과, 가스 공간은 탈기 구획의 상부 부분에 남아 있으며, 이는 혼합물(5)이 거의 없고 이를 통해 휘발성 성분이 쉽게 제거될 수 있다. 휘발성 성분은 한편으로는 탈기된 혼합물(5)의 유동 방향으로 후방 단부에 그리고 이에 따라 혼합물(5)이 제2 압출기(2) 내로 도입되는 영역 뒤에 제공된 탈기 출구(11)를 통해 제거된다. 탈기 출구(11)는 제2 압출기(2)의 하우징으로부터 수직 반경 방향으로 연장된다. 탈기 출구(11)의 이러한 배열은 휘발성 성분이 혼합물(5)의 주 유동 방향과 반대 방향으로 흐르게 한다.

도시된 압출기 시스템에서, 제2 압출기(2)의 추가 과정에서 소위 스터핑 스크류(stuffing screww)(12)에 의해 추가 탈기를 수행하도록 제공된다.

이송 구획의 제1 파이프라인 부분은 출구(13)를 더 포함하며, 이 출구를 통해 혼합물(5)의 일부가 배출될 수 있다. 이것은 특히 프로세스 제어의 일부로 샘플을 취하기 위해 수행될 수 있다. 압출기 시스템의 정상 동작에서, 출구(13)는 압력 제어 장치의 밸브 몸체(8)에 의해 폐쇄된다. 샘플을 취하기 위해, 밸브 몸체(8)는 혼합물(5)을 수용하는 이송 구획(6)의 제1 파이프라인 부분의 부분과 출구(13) 사이의 연결이 밸브 몸체(8)의 축 방향 및 횡 방향 보어를 통해 수립될 만큼 멀리 이동된다. 이 경우에, 이송 구획(6)의 제1 파이프 부분으로부터 제2 파이프 부분으로 전이 개구는 밸브 몸체(8)의 벽 부분에 의해 폐쇄된다(도 2).

1: 압출기 2: 압출기
3: 압출기 스크류 4: 압출기 하우징
5: 혼합물 6: 이송 구획
7: 분산 구역 8: 밸브 몸체
9: 피스톤 10: 천공된 판
11: 탈기 출구 12: 스터핑 스크류
13: 출구

Claims (13)

1. 혼합물(5)을 탈기시키기 위한 압출기 시스템으로서,
   제1 압출기(1); 상기 제1 압출기(1)의 하류에 배열된 제2 압출기(2); 및 상기 제1 압출기와 상기 제2 압출기 사이에 형성된 이송 구획(6)을 포함하되,
   상기 제1 압출기(1)의 배출 시 상기 혼합물(5)의 압력을 조절할 수 있는 압력 제어 장치를 특징으로 하는 압출기 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 압력 제어 장치는 상기 제1 압출기(1)의 배출 시 상기 혼합물(5)의 압력이 상기 이송 구획(6)에 인접한 상기 제2 압출기(2)의 탈기 구획에서보다 더 큰 방식으로 제어되는 것을 특징으로 하는 압출기 시스템.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 이송 구획(6)을 통과한 상기 혼합물(5)의 표면을 증가시키기 위한 수단을 특징으로 하는 압출기 시스템.
4. 제3항에 있어서, 상기 이송 구획(6)을 통해 안내되는 상기 혼합물(5)을 여러 부분 스트림으로 분할시키는 천공된 판(10)을 특징으로 하는 압출기 시스템.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 혼합물(5)은 상기 이송 구획에서 하나 이상의 슬롯 노즐을 통과하는 것을 특징으로 하는 압출기 시스템.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 압출기(2)는 중력 방향과 관련하여 상기 제1 압출기(1) 위에 배열되는 것을 특징으로 하는 압출기 시스템.
7. 제6항에 있어서, 상기 이송 구획(6)에 인접한 상기 제2 압출기(2)의 탈기 구획에서 중력 방향과 관련하여 탈기 출구(11)가 제공되는 것을 특징으로 하는 압출기 시스템.
8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 압출기(2)는 중력 방향과 관련하여 상기 제1 압출기(1) 아래에 배열되고, 상기 이송 구획에 인접한 상기 제2 압출기(2)의 탈기 구획에서 측면 또는 하향으로 이어지는 상기 탈기 출구가 제공되는 것을 특징으로 하는 압출기 시스템.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 혼합물(5)의 배출을 위해 상기 이송 구획의 구역에 폐쇄 가능한 출구(13)가 제공되는 것을 특징으로 하는 압출기 시스템.
10. 제9항에 있어서, 상기 출구(13)는 상기 압력 제어 장치에 의해 폐쇄될 수 있는 것을 특징으로 하는 압출기 시스템.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압력 제어 장치는 슬라이드 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 압출기 시스템.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 압출기(1)의 부피 단면적은 상기 제2 압출기(2)의 부피 단면적보다 더 작은 것을 특징으로 하는 압출기 시스템.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 압출기(1)의 압출기 스크류(3)는 상기 제2 압출기(2)의 압출기 스크류(4)보다 더 높은 각속도로 구동될 수 있는 것을 특징으로 하는 압출기 시스템.

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